松下全畫幅首款A(yù)CE鏡頭設(shè)計(jì)大揭秘！
? ? 大家好。這是深入研究LUMIX鏡頭的連載系列 光學(xué)設(shè)計(jì)部。在“光學(xué)設(shè)計(jì)部”中，我們的設(shè)計(jì)人員將為大家介紹鏡頭設(shè)計(jì)的解讀和特點(diǎn)，分享一些在說明書上看不到的細(xì)節(jié)和想法。
? ? 對于正在考慮購買鏡頭的朋友，我們希望大家能夠更好的了解LUMIX鏡頭的設(shè)計(jì)理念；對于已經(jīng)擁有LUMIX鏡頭的用戶，我希望大家能通過拍攝體驗(yàn)到這些鏡頭背后不為人知的細(xì)節(jié)和用心。敬請期待！這是一篇由開發(fā)者撰寫的文章，里面可能會使用許多專業(yè)術(shù)語來解讀鏡頭。相信大家讀完之后，也會對你的鏡頭有更深的了解。第1期的主角是LUMIX S PRO 50mm F1.4，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是鈴木。
制作LUMIX標(biāo)準(zhǔn)鏡頭
? ? 2019年，我們推出首款配備35mm全畫幅圖像傳感器的無反相機(jī)“DC-S1R (S1R) ”和“DC-S1”時(shí)，推出了第1批3款鏡頭“LUMIX S 24-105mm F4 MACRO O.I.S.”，“LUMIX S PRO 70-200mm F4 O.I.S.”和“LUMIX S PRO 50mm F1.4 (以下，簡稱50mmF1.4)”。
? ? 其中，50mmF1.4光學(xué)設(shè)計(jì)的使命是成為“LUMIX全畫幅系列標(biāo)準(zhǔn)鏡頭”。標(biāo)準(zhǔn)鏡頭作為參考鏡頭，機(jī)身的圖像質(zhì)量設(shè)計(jì)也是通過它來確定的。那么首先我將為大家介紹我用什么作為我的標(biāo)準(zhǔn)?我是從哪些角度思考問題的。
標(biāo)準(zhǔn)鏡頭應(yīng)具備的條件
? ? 我將 LUMIX 標(biāo)準(zhǔn)鏡頭定義為 “能夠真實(shí)地描繪攝影師所看到的場景”，之后我對設(shè)計(jì)圖進(jìn)行了整合，并考慮了以下三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：
①分辨率表現(xiàn)：真實(shí)地描繪被攝體的細(xì)節(jié)
②虛化效果：虛化不軟不硬，真實(shí)，沒有側(cè)重
③低色差：忠實(shí)再現(xiàn)被攝體的顏色
? ? 我們認(rèn)為完成這3項(xiàng)設(shè)計(jì)初衷，我們便能得到一款優(yōu)秀的LUMIX標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。
毫不妥協(xié)的圖像質(zhì)量 – 高解析力
? ? 關(guān)于解析力性能，S1 系列本身主要面向?qū)I(yè)人士，因此必須不折不扣地實(shí)現(xiàn)最 高畫質(zhì)，不僅是相機(jī)，鏡頭也是如此。
? ? 因此，我們?yōu)樽约涸O(shè)定的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在松下最 高的分辨率性能，不僅要超越我們過去開發(fā)的M43鏡頭，還要比對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)焦段的大光圈鏡頭，我們在開發(fā)鏡頭的過程中比較了各種鏡頭的拍攝效果，并聽取了專業(yè)攝影師的意見。
? ? 我是一個(gè)非常喜歡鉆研的人，因此我對鏡頭進(jìn)行了大量的評估，以至于在看到幾幅鏡頭設(shè)計(jì)圖的時(shí)候，腦海中就會浮現(xiàn)出各種鏡頭的像差形狀。因此，當(dāng)我們決定采用這種設(shè)計(jì)方案時(shí)，我的腦海中便立即浮現(xiàn)出了能夠?qū)崿F(xiàn)這種設(shè)計(jì)的造型。
? ? 與 50 mm F1.4 同期開發(fā)的 S1R 具有高分辨率模式，可在移動傳感器時(shí)自動連續(xù)拍攝八張照片，并利用機(jī)身圖像穩(wěn)定（B.I.S.）裝置在相機(jī)中進(jìn)行自動合成處理。因此這款鏡頭需要滿足這1.87億像素的拍攝。1.87 億像素的分辨率也意味著，鏡頭必須確保比正常拍攝狀態(tài)下更高的 MTF，非球面鏡片是保證這種高頻MTF的重要關(guān)鍵部件。非球面鏡片在校正像差方面非常有效，但如果過于依賴非球面鏡片，對形狀誤差的敏感度就會過高，這是一把雙刃劍，可能導(dǎo)致制造過程中單個(gè)產(chǎn)品之間的性能差異。
? ? 在設(shè)計(jì) 50 mm F1.4 時(shí)，我們力求在設(shè)計(jì)性能和制造工藝之間找到最 佳平衡點(diǎn)，以充分發(fā)揮非球面鏡片的效果。為此，我們與長期負(fù)責(zé)鏡片制造的山形工廠非球面部門進(jìn)行了激烈的討論。
LUMIX山形工廠
? ? 事實(shí)上，當(dāng)設(shè)計(jì)進(jìn)入最后階段，我們決定采用這種設(shè)計(jì)方案時(shí)，非球面結(jié)構(gòu)被置于前球的第三位。
? ? 這是一個(gè)非常關(guān)鍵的部件，毫不夸張地說，它是實(shí)現(xiàn)理想畫質(zhì)的最重要部件，但經(jīng)過與山形工廠非球面部門的討論，我們最終達(dá)成了一個(gè)設(shè)計(jì)方案，即從被攝體一側(cè)算起，將非球面結(jié)構(gòu)置于第四位才是鏡頭這顆鏡頭的平衡點(diǎn)。
? ? 雖然是在最后一刻才做出的改變，但整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)還是及時(shí)完成了設(shè)計(jì)變更，因?yàn)槲覀兎浅ＯＭ軌颢@得令人滿意的畫面效果。
? ? 因此，在對鏡頭進(jìn)行評估時(shí)，我們不僅確保了在 30 lp/mm 時(shí)的性能（如目錄中公布的 MTF），還確保了在高頻抖動下的性能，以承受高分辨率模式，并實(shí)現(xiàn)了適合作為參考鏡頭的分辨率性能。
散景表現(xiàn)的追求
突出主體的背景虛化效果
? ? 盡管我們在設(shè)計(jì)M43鏡頭時(shí)已經(jīng)積累了大量虛化效果的知識，但我們還是對各類鏡頭，尤其是大口徑定焦鏡頭進(jìn)行了實(shí)景評估，以便從頭開始考慮虛化表現(xiàn)。
? ? 因此，如果柔化背景（焦點(diǎn)后面的散景），那么前景（焦點(diǎn)前面的散景）就會變得更硬，反之亦然。作為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)平坦、平滑的虛化效果，沒有明顯的前后散景區(qū)別。
? ? 隨著背景虛化效果的使用頻率越來越高，有一些人建議認(rèn)為應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注后散景的效果，但如果光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮后散景的柔和度，那么在鏡頭解析力就會降低，這是一種權(quán)衡。作為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，目標(biāo)應(yīng)該是努力做到無像差的描繪，因此決定以正常的虛化效果作為標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)。
? ? 此外，我們還仔細(xì)校正了像差（尤其是那些穿過鏡頭周邊的像差），從遠(yuǎn)離主要拍攝對象的物體造成的大散景，再到焦內(nèi)的主要拍攝對象所產(chǎn)生的小散景。
? ? 其最終的效果是產(chǎn)生了平直的虛化效果，又有高解析力，使被攝體的立體感更加突出。
忠實(shí)再現(xiàn)畫面 - 抑制色差
? ? 作為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，需要忠實(shí)再現(xiàn)被攝物體的顏色，將色差抑制到極限。
? ? 在考慮色差時(shí)，我們不僅需要考慮一般的軸向色差和橫向色差，還需要考慮當(dāng)畫面明暗亮度差異較大時(shí)（例如高亮度），紫邊、偽色會很明顯。尤其是拍攝諸如水面上的倒影或樹蔭下的物體，我們需要非常謹(jǐn)慎地進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，不僅是需要再對焦點(diǎn)內(nèi)的表面進(jìn)行著色，還對需要對散景進(jìn)行著色。
? ? 軸向色差：焦點(diǎn)位置根據(jù)光的波長而移動的現(xiàn)象。一般來說，當(dāng)色差較大時(shí)，焦點(diǎn)后的畫面傾向于呈綠色，而焦點(diǎn)前的畫面傾向于呈紫色。
? ? 橫向色差：圖像傳感器的成像高度根據(jù)光的波長而變化的現(xiàn)象。
? ? 在選擇玻璃材料時(shí)，要特別注意玻璃材料的部分色散比，這是表示短波長側(cè)異常色散的參數(shù)。
? ? 在最初的設(shè)計(jì)階段，我們選擇了大量的玻璃材料，包括來自不同玻璃制造商的材料，首先根據(jù)桌面計(jì)算選擇合適的材料，然后選擇校正后的色差較低的作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行具體的詳細(xì)設(shè)計(jì)。
? ? 通過遵循這些步驟，我們能夠最大限度地減少色差，而不會在產(chǎn)生設(shè)計(jì)完成后，出現(xiàn)各種像差（包括高階像差）的副作用。
? ? 此外，一些玻璃材料是定制的，以最大限度地減少色散系數(shù)的變化，從而最大限度地減少制造變化。
? ? 對我來說，即使我認(rèn)為自己拍出了一張好照片，但如果我仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)戲水的孩子頭發(fā)上的水珠出現(xiàn)了色差，我就會后悔光圈應(yīng)該再縮小一點(diǎn)。但是LUMIX 50mm F1.4 具有可控色差的大光圈。
a.LUMIX S PRO 50mm F1.4背景虛化等倍照片
注重材質(zhì)，通過色差處理，實(shí)現(xiàn)無色散的自然虛化效果
b.普通鏡片背景虛化等倍照片
明顯色差，虛化中可以看到色散
集各種優(yōu)點(diǎn)于一身
? ? 堪比標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的杰作
? ? 除此之外，我們還特別注重光學(xué)設(shè)計(jì)，例如在有限距離上控制圖像表面特性，并進(jìn)行像差校正，甚至修正了非球面像差、慧差、橫向像差中的最小細(xì)節(jié)。此外，我們還開發(fā)了新的調(diào)整方法、新的檢查方法并進(jìn)一步對鏡頭進(jìn)行了調(diào)整，以創(chuàng)造出性能更為優(yōu)異的產(chǎn)品。
? ? 此外，在開始設(shè)計(jì)之前，我研究了所有現(xiàn)有大光圈鏡頭的表現(xiàn)力，包括單反、微單，包括我們公司的其他公司超過半年，并且我設(shè)計(jì)了我的目標(biāo)描繪，因此它比正常的開發(fā)周期需要更多的時(shí)間是的。作為一個(gè)設(shè)計(jì)解決方案，我們設(shè)計(jì)了200多種模式，我相信開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以實(shí)現(xiàn)對所有開發(fā)團(tuán)隊(duì)的令人信服的描述。
? ? 另外在開始設(shè)計(jì)工作之前，我們花了 6 個(gè)多月的時(shí)間研究了現(xiàn)有的全部大光圈鏡頭，包括我們自己和其他公司的單反鏡頭和無反鏡頭，以完善我們所追求的圖像呈現(xiàn)效果，而這過程比通常的開發(fā)周期要長得多。作為設(shè)計(jì)方案，我們設(shè)計(jì)了 200 多個(gè)草稿，整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)都期盼著我們能夠完成這出人意外的作品。
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